[发明专利]预埋渗流通道或/和突涌水腔体的类岩石试件及其制备方法

说明书

本申请公开了一种预埋渗流通道或/和突涌水腔体的类岩石试件及其制备方法，旨在解决现有模拟试件无法真实模拟并直观清楚观察到渗流通道渗水和/或富水腔体突涌水对岩体内部围岩及衬砌结构影响的技术问题。本申请利用高脆性透明性树脂浇注成型模拟工程岩体、并基于工程现场来在其内埋设隧道和预埋渗流通道和突涌水腔体的模型。所得类岩石试件具有透明易观察、可实现多种工况组合、具有岩石的高脆性等特点，可以清晰地观测试件在荷载作用下的渗流、突涌水作用演化规律，能够用于原生渗流通道渗流和富水腔体突水涌水机理的研究。

技术领域

本申请涉及岩体模型试验检测技术领域，具体涉及一种预埋渗流通道或/和突涌水腔体的类岩石试件及其制备方法。

背景技术

随着国内交通网络和水利工程的不断完善和发展，铁路、山岭深埋隧道和输水、泄洪隧道的修建变得越来越快；其所处的不良地质环境也相应变得复杂(如地下水、岩溶、地热、瓦斯、高地应力等)，其中地下水(孔隙水、裂隙水、岩溶水)是引起隧道工程施工运营困难和超预算的主要原因，地下水的存在对隧道的施工和运营有很大的影响，这些影响主要分为对隧道围岩稳定性的影响、对隧道衬砌结构受力的影响及对隧道运营环境的影响。地下水通过冲蚀、软化、溶解降低围岩强度；地下水渗流能够改变衬砌结构的应力状态，使结构计算更加复杂；如果地下水通过衬砌混凝土损伤裂缝，穿透防水排水体系，会严重破坏隧道运营环境，增加相应费用。在地下水丰富的地区修建隧道不可避免会遇到高水压力问题。

由于隧道及地下工程的特性，地下富水结构是影响围岩及衬砌结构稳定性的重要因素，天然岩体的不透明性使人们无法直观地了解到其内部结构的破坏演化规律，而传统的钻探、物探、地勘方法及CT扫描、核磁共振成像技术等试验方法耗时耗材，成本昂贵且依旧缺乏直观性。有国内外学者使用岩石和砂浆块体作为相似材料，来模拟研究岩体的破裂演化规律，但缺点是材料不透明，无法直观的观察岩体内部结构的破环演化过程，且难以模拟出真实的工程工况；也有部分学者使用有机玻璃模拟岩体，但其物理性质与大部分岩体相差甚远，不具有代表性，且不能在其中埋设模拟的不良地质体。由此可见，当前研究围岩及衬砌结构破坏规律的难点在于，不能够直观清楚观察到渗流通道渗水及腔体突水对内部结构的作用，以及渗流通道和突涌水腔体无法有效模拟制作和埋设等。

公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种预埋渗流通道或/和突涌水腔体的类岩石试件及其制备方法，主要是利用高脆性树脂浇注成型模拟工程岩体、并通过在其内埋设隧道和预埋渗流通道和突涌水腔体的模型，解决现有模拟试件无法真实模拟并直观清楚观察到渗流通道渗水和/或富水腔体突涌水对岩体内部围岩及衬砌结构影响的技术问题。

根据本公开的一个方面，提供一种预埋渗流通道或/和突涌水腔体的类岩石试件其包括由高脆性透明树脂浇注成型的用以模拟工程岩体的类岩体及埋设其内的渗流通道、突涌水腔体或/和隧道模型；所述高脆性透明树脂由CY-39型环氧树脂和YS-T31型固化剂按100：34的质量比组成，其于-15～-10℃下具有良好的类岩石特性；所述渗流通道是由3D打印成型的可溶性模型体溶解而形成的中空结构；所述突涌水腔体是由3D打印成型的空腔模型体；所述隧道模型包括3D打印成型的内衬层、防水层、外衬层，用以模拟深埋山岭隧道或输水隧洞。

在本公开的一些实施例中，所述可溶性模型体或/和空腔模型体在埋设时其周围缠绕有直径1mm白色细质棉绳，用以模拟隧洞和完整岩体之间渐变的弱透水性过程；所述棉绳的对于水的渗透系数平均值为4.2×10cm/s，参考断裂力126N，且不溶于稀酸。具体而言，在突涌水腔体表面共缠绕39圈，每圈绳的垂直距离约为2mm，在打印出的渗流通道模型外部的分支每隔4mm缠绕一圈；可以模拟出由地质缺陷体到岩体的过渡渐变过程，能够使实验更具有真实性。